基于Packet Tracer的RIP路由协议的虚拟仿真实验设计与实现

赵玉娟，王晓松，张浩军

（河南工业大学 人工智能与大数据学院，河南郑州 450001)

RIP 协议是网络协议中较为常见的一种动态路由协议，由于该协议配置简单、占用系统资源少，被广泛应用于中小型网络。为了能够让学生掌握网络构建、IP 设置、信息采集、数据分析的方法，设计了基于RIP路由协议的虚拟仿真实验方案，促进学生对RIP 路由协议运行原理的深入理解，提升学生解决实际问题的能力。

1 实验设计背景

计算机网络课程是计算机类专业必修的基础课程，课程内容包括网络协议的工作原理以及常见网络设备的配置与使用，是学生解决计算机网络相关工程技术问题的基础。但在教学中仅凭简单的课堂讲解或平面多媒体辅助教学，很难让学生对各种网络设备有直观的认识，学生也无法理解比较抽象的路由协议工作原理，由于实验设备昂贵，往往也不具备在专业实验室进行实验的条件。

基于上述原因，设计了该虚拟仿真实验，将路由表之间的信息交换与路由表的更新直观地呈现在学生面前[1-3]，使学生能够身临其境地体验网络构建配置与网络协议工作的全过程，允许学生试错并分析结果，满足学生深度参与学习的需求，使得实验与课堂理论教学相结合，强化课堂教学效果，有效提高教学效率[4-5]。

2 实验教学目标设计

知识目标：使学生掌握计算机网络规划建设的基本方法，理解网络地址与RIP 路由协议的基本工作原理，能够根据实验数据分析RIP 路由表的生成[6-7]。

能力目标：使学生能够借助网络仿真软件进行计算机网络系统模拟仿真，能够应用计算机网络理论知识解决计算机网络相关的工程技术问题。

素质目标：培养学生探索、求实和协作的科学精神，学生对计算机网络学习中遇到的问题，能够迎难而上，开拓创新。

3 实验教学过程设计

3.1 实验环境

本文以网络虚拟仿真软件Cisco Packet Tracer 为例进行介绍，该软件可以模拟网络构建、网络配置、RIP 路由，允许学生试错，学生能够采集路由信息，分析RIP 路由协议的工作原理[8-10]。

3.2 实验过程设计

（1） 设计与构建实验网络。

在Packet Tracer 模拟软件中，组建一个简单网络[11-12]，包括设计网络拓扑结构、网络设备选型、参数配置、性能测试等。拓扑结构可以自由设计，根据需要添加主机、交换机。示例如图1 所示。

（2） 配置路由器和主机IP 地址。

①要求学生自行规划网络IP 地址并配置网络中的主机和路由器的端口IP 地址。示例具体网络地址和主机地址分配详见图1 中标识，3 台路由器各端口IP 地址配置详情如表1 所示。

②主机和路由器的端口IP 地址配置完成后，要求学生在各台主机上通过Ping 命令测试网络的连通性，并能对测试结果进行合理解释。

③要求学生通过命令“show IP route”查看步骤②状态下各个路由器的路由信息，以路由表的形式记录下来。整理后的路由表如表2 所示，要求学生根据查看到的信息解释步骤②连通性测试结果。

表2 路由器Router1 的路由表

（3） 配置RIP 路由协议。

①要求学生在路由器上配置RIP 路由协议，配置完成后通过Ping 命令测试各网络之间的连通性。

②再依次查看各个路由器的路由信息，以路由表的形式记录下来，路由表如表3 所示，引导学生将其与配置RIP 协议之前查看的图表进行对比。

表3 路由器Router1 的路由表

3.3 实验分析设计

实验分析主要是让学生根据实验过程中采集到的路由数据分析RIP 协议的工作原理[13]。

（1） 要求学生根据图1 给出的3 个路由器配置RIP 协议前的路由表，结合RIP 协议工作原理，给出路由器更新后的路由表，并给出详细更新过程。

这里以路由器Router1 为例。根据RIP 路由协议的工作原理“仅和相邻路由器交换信息，交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表”，路由器Router1 在收到Router2 和Router3 的路由表后，更新自己的路由表，具体过程如图2 所示。

图2 Router1 收到Router2 和Router3 的报文后更新路由表

（2） 将分析得出的路由表与实验中根据采集数据得到的路由表进行对比。

表3 是配置完RIP 协议后，路由器通过与相邻路由器进行路由交换并更新后得到的路由表，通过比较分析，二者的路由数据是一致的，唯一的区别就是到直连网络的距离定义不同，教材中到直连网络的距离定义为1。

4 实验实施方案

该实验可以分组进行，也可以单人完成。

（1） 小组实验：小组成员分别承担网络组建、网络地址规划与配置、路由协议配置、实验结果分析等不同任务，共同协作完成RIP 路由协议配置前后路由表数据的采集，然后一起结合RIP 路由协议的工作原理对采集到的数据进行分析[14]。小组实验需要成员之间分工明确、深度沟通和友好合作，培养学生团结协作的科学精神。

（2） 单人实验：由一名学生独立完成网络拓扑设计，IP 地址规划设置，RIP 路由协议配置，实验数据采集，实验分析。单人实验增加了挑战度，不仅使学生深入理解RIP 协议的工作原理，更能锻炼学生独立解决计算机网络中相关问题的能力，培养学生对计算机网络学习中遇到的难题迎难而上的科学精神。

5 结语

通过该实验，不仅锻炼了学生应用计算机网络原理知识规划组建简单网络的工程实践能力，还通过对实验中采集到的数据进行进一步分析，促进了学生对抽象的网络路由协议工作原理的理解，在对采集到的数据进行分析研究的过程中培养了学生团结协作、迎难而上的科学精神，有效促进了教学目标的达成。

该虚拟仿真实验设计可以应用于RIP 路由协议，也可以应用于静态路由配置和OSPF 路由协议实验。通过项目驱动，为学生提供具有良好沉浸感、临场感、交互感的虚拟仿真实验场景，提供真实的学习体验，激发学生参与实验的兴趣，有效提高了课堂教学效率。